郎慧林,劉 爽*,郝建偉,李松齡

(1.山西大學(xué)黃土高原研究所,山西太原 030006;2.晉中學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)系,山西晉中 030600;3.青海省農(nóng)林科學(xué)院,青海西寧 810000)

黑水虻(HermetiaillucensL.)屬雙翅目水虻科,原產(chǎn)于溫帶、亞熱帶以及美洲熱帶等地區(qū),現(xiàn)在廣泛分布在溫暖和熱帶地區(qū)[1]。在我國,黑水虻主要分布地區(qū)在華南、華北和東南沿海岸,其他地區(qū)分布較少[2]。黑水虻目前已經(jīng)成為虻科中研究最多的資源性昆蟲,受到多領(lǐng)域的研究與關(guān)注[3]。黑水虻有4個生命階段:卵期、幼蟲期、蛹期和成蟲期[4],以有機廢料為食。根據(jù)相關(guān)文獻,對黑水虻的研究主要包括以下幾個方面:①黑水虻幼蟲可以消耗各種腐爛的有機廢物(畜禽糞便、廚余垃圾、植物材料等)并將這些廢物轉(zhuǎn)化為有機肥,且有機肥中含有能夠抑制病原體的抗菌肽活性[5-7],重金屬和抗生素的含量也較低,因此黑水虻可能是一種可持續(xù)的用于動物糞便管理手段[8-9]。②黑水虻幼蟲蛋白質(zhì)含量高,可作為優(yōu)質(zhì)良好的動物飼料營養(yǎng)來源,更好地替代傳統(tǒng)飼料[10]。③黑水虻幼蟲能為生物柴油生產(chǎn)脂質(zhì),其積累的脂質(zhì)作為燃料來源比油料作物更有效[11]。

在過去的20多年里,有很多關(guān)于黑水虻的研究。然而,在一定程度上,研究者并不容易快速掌握未來研究趨勢和方向上的熱點和前沿。數(shù)據(jù)分析成為解決這一難點的一個有效手段,其中文獻計量學(xué)最近在科學(xué)研究中發(fā)揮了越來越重要的作用。在眾多的可視化軟件中,CiteSpace可視化軟件因其便于操作和多功能等特點而成為目前最為流行的知識圖譜工具,已被廣泛應(yīng)用于包括管理學(xué)、信息學(xué)、信息科學(xué)和醫(yī)學(xué)等60多個領(lǐng)域[12-15]。該軟件是由陳超美教授研發(fā)的一個可視化圖譜工具,主要是對納入文獻的作者、機構(gòu)和關(guān)鍵詞等信息進行分析,并可視化地繪制圖譜,得到相關(guān)信息及信息主體間的相互聯(lián)系,最后根據(jù)結(jié)果分析特定學(xué)科或知識板塊在特定時期內(nèi)的研究熱點,預(yù)測未來發(fā)展趨勢[16]。由于其可以在指定的時間段內(nèi)可視化和分析一個領(lǐng)域或領(lǐng)域的研究熱點、前沿方向并預(yù)測該領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢,因此被認為是可視化分析領(lǐng)域中最具影響力的應(yīng)用軟件,不同領(lǐng)域的學(xué)者都嘗試使用CiteSpace進行相關(guān)研究,包括黑水虻方面的研究。研究表明,CiteSpace是發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域發(fā)展中的趨勢和新興主題的有用工具[17]。

現(xiàn)有的綜述文獻基本上都是通過主觀處理或元分析來完成的,僅依賴文本或數(shù)字的評論不如圖表直觀。在信息表示方法方面,圖形優(yōu)于表,表優(yōu)于文本。信息可視化和分析軟件已經(jīng)徹底改變了傳統(tǒng)的審查方法。鑒于此,筆者基于CiteSpace獲得的分析結(jié)果,采用知識映射方法,對國內(nèi)黑水虻研究領(lǐng)域進行計量學(xué)分析和可視化分析,揭示了黑水虻研究的熱點課題以及其發(fā)展趨勢,并對未來黑水虻的研究提出一些建議和借鑒依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源以中國知網(wǎng)(CNKI)為數(shù)據(jù)源,采用高級檢索,檢索主題設(shè)置為黑水虻,時間范圍設(shè)置為2007-01-01至2021-12-31。檢索結(jié)果共518篇文獻,包括學(xué)術(shù)期刊373篇、學(xué)位論文78篇和會議文獻14篇。

1.2 研究方法使用可視化工具繪制各種知識圖譜和頻譜,通過節(jié)點大小、網(wǎng)絡(luò)連接和關(guān)鍵詞共現(xiàn)等元素展示黑水虻的研究熱點和發(fā)展趨勢[18]。使用CiteSpace 5.8軟件,利用它對搜索出的文獻內(nèi)容進行了計量學(xué)數(shù)據(jù)分析和可視化分析并繪制可視化知識圖譜,從而探討當前學(xué)術(shù)研究熱點與趨勢[19]。

在運行CiteSpace時,將C、CC、CCV的閾值分別設(shè)置為(2,2,20)、(4,3,30)、(4,3,30),并選擇最小生成樹和剪枝切片網(wǎng)絡(luò)作為剪枝方法。其中,C表示最低被引用或出現(xiàn)頻率,CC表示特定時間切片上的共線性或共引次數(shù),CCV表示共線性率或共引率。1個分析對象用1個節(jié)點來表示,節(jié)點越大,它在所選時間內(nèi)被引用的次數(shù)就越多。樹木年輪的顏色光譜代表了一個分析對象的被引用歷史。樹木年輪的厚度反映了分析對象在給定時間內(nèi)被引用的次數(shù)。連接2個節(jié)點的線表示2個節(jié)點之間的共引關(guān)系,它的長度和粗細表示2個節(jié)點之間鏈接的強度。1個被紫色環(huán)包圍的節(jié)點具有相對較高的中心性(≥0.1)[20],表明與其他節(jié)點有廣泛的聯(lián)系。這種類型的節(jié)點往往是知識領(lǐng)域關(guān)注的焦點,對節(jié)點網(wǎng)絡(luò)分析具有重要意義[21]。核心作者的計算采用普萊斯定律公式,通過計算標準論文篇數(shù)來確定核心作者[20]。

1.3 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計分析采用Excel 2007;可視化分析運用CiteSpace 5.8 R3;黑水虻研究發(fā)表的相關(guān)文獻在2007年前還非常少,所以該研究中的可視化分析的主要分析范圍是2007—2021年,時間切片是1年,剪枝方式是最小生成樹,剩下的參數(shù)設(shè)置為默認值,并取前10%的分析數(shù)據(jù)成圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻統(tǒng)計特征

2.1.1文獻檢出情況。從CNKI檢索出的518篇文獻記錄,刪除不相關(guān)的報紙、科技成果等,將過濾后的文獻以Refworks格式導(dǎo)出,然后利用CiteSpace中的數(shù)據(jù)分析工具進行格式轉(zhuǎn)換和去重,最終共得到文獻415篇。

2.1.2文獻年發(fā)文量。檢索了415篇與黑水虻相關(guān)的文獻。由圖1可知,2007—2015年期間對于黑水虻相關(guān)研究較少,發(fā)文量總體不高,年發(fā)文量最高為10篇(2014年),其他年份均低于10篇。2016年開始研究進入了迅速發(fā)展的時期,2016—2021年,共計發(fā)表文獻362篇,占文獻發(fā)表總量的87%,表明越來越多的學(xué)者開始關(guān)注并研究這一領(lǐng)域。關(guān)于這個主題的相關(guān)研究文章的數(shù)量正在逐漸增加,總體呈上升趨勢,說明國內(nèi)關(guān)于黑水虻的研究正處于發(fā)展時期。

圖1 黑水虻研究文獻的發(fā)文量分布Fig.1 Distribution of published papers on black soldier flies

2.2 作者群分析將節(jié)點類型設(shè)置為作者,其余設(shè)置為默認。使用CiteSpace進行分析,得到作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜,如圖2所示,圖中共有282個節(jié)點、626個連線、網(wǎng)絡(luò)密度為0.015 8。節(jié)點代表作者的發(fā)文量,節(jié)點越大,數(shù)量越多,黃燕華和胡文鋒、夏嬙、王國霞等人發(fā)文量較多。節(jié)點黃燕華、胡文鋒較大且有紫色環(huán)包圍,節(jié)點中心性較大,說明黃燕華團隊和胡文鋒團隊的影響力較強。其間的連線代表合作關(guān)系,以黃燕華、王國霞團隊,胡文鋒團隊和夏嬙、喻國輝團隊為核心作者群。此外還有張志劍、陶興華團隊,許道軍、彭才望團隊和安新城、徐齊云團隊等一些小規(guī)模的作者群。圖中呈小聚落散在分布,偶有組間合作。不同團隊之間聯(lián)系較弱,缺乏廣泛的交流聯(lián)系。

前20位作者排名統(tǒng)計結(jié)果如表1所示,統(tǒng)計年份中發(fā)文量最高的是黃燕華,為19篇。核心作者被認為是該研究領(lǐng)域的重要領(lǐng)導(dǎo)者和推動者[22],通過統(tǒng)計得出發(fā)文3篇以上的作者為該領(lǐng)域的核心作者。在統(tǒng)計年份中,共計282名作者,發(fā)文3篇以上的作者共87人,為總體作者的30%。

圖2 黑水虻研究作者的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Fig.2 Co-occurrence network of black soldier fly study authors

表1 黑水虻研究的作者排名(前20)

2.3 機構(gòu)分析根據(jù)各大機構(gòu)研究黑水虻的發(fā)文量可以看出其在該領(lǐng)域的影響力。從搜索結(jié)果中獲取發(fā)表文獻數(shù)量排名前20的機構(gòu)。由表2可知,上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院最多,發(fā)文量為15篇,其次是浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,發(fā)文量為12篇,表明這2所機構(gòu)在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,影響力較強。其他機構(gòu)都在10篇以下,如遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)、天津農(nóng)學(xué)院與資源環(huán)境學(xué)院,這說明大多數(shù)機構(gòu)在該領(lǐng)域發(fā)文量較少,影響力較弱。總體來看,在該領(lǐng)域以各大高校為主要研究單位。

表2 黑水虻研究的機構(gòu)排名(前20)Table 2 Institutional ranking of black soldier fly research (top 20)

2.4 研究方向和發(fā)展趨勢分析

2.4.1主要研究方向分析。在某一時間段內(nèi)大量相互關(guān)聯(lián)文獻所探討的知識或?qū)ｎ}被認為是學(xué)術(shù)研究熱點領(lǐng)域[23]。關(guān)鍵詞不僅反映了文獻中討論的核心問題,也反映了特定時期內(nèi)的熱點和公眾關(guān)注的話題[24]。關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析圖譜是一種基于高頻關(guān)鍵詞識別熱門研究領(lǐng)域的方法[25]。該研究時間切片設(shè)置為1年,節(jié)點類型設(shè)置為關(guān)鍵詞,得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析圖譜,即圖3。圖中形成節(jié)點285個,連線618條,網(wǎng)絡(luò)密度為0.015 3。節(jié)點數(shù)量代表關(guān)鍵詞的數(shù)量,其間的連接則代表它們的交叉聯(lián)系;節(jié)點圈大小代表關(guān)鍵詞的頻率,圈越大,頻率就越高,該關(guān)鍵詞所代表的研究主題也就越受歡迎;靠近中央位置節(jié)點的連接樞紐性較強,即中介中心性越高,也意味著該節(jié)點所代表的內(nèi)容是該領(lǐng)域的核心或主流方向。關(guān)鍵詞的頻率反映了研究熱點,中心性則體現(xiàn)了其重要程度。紅色內(nèi)圈表示其突發(fā)性,紅色內(nèi)圈越大代表突發(fā)性越強[26]。因此,可以由此分析2007—2021這段時間內(nèi)黑水虻研究熱點的變化情況,也可用來預(yù)測近年來關(guān)于黑水虻的新趨勢。將頻率較高和中心性大于0.01的前20個關(guān)鍵詞進行排名,得到表3和4。

由表3和4可知,關(guān)鍵詞黑水虻排名第1,其共現(xiàn)頻率和中心性都比較高,共現(xiàn)頻率為247,中心性為1.39。通常認為,占主導(dǎo)地位的關(guān)鍵詞的中心性大于0.35。圖3中關(guān)鍵詞黑水虻圓圈最大,其次是生長性能、抗菌肽、餐廚垃圾、畜禽糞便、有機肥等。黑水虻是其主要研究內(nèi)容,以黑水虻為研究對象并利用它應(yīng)用于各個方面。研究黑水虻的生物學(xué)特性并利用其生物學(xué)特性處理畜禽糞便、廚余垃圾和蔬菜水果垃圾等[27-30],這樣可以減少我國日益嚴重的污染問題,同時還可以將處理后的副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì),如分離黑水虻幼蟲活體作為動物飼料和提取油脂,從而生產(chǎn)生物柴油[31-32]。從黑水虻中提取的功能性物質(zhì)也被用于各種研究中,還有提取抗菌肽提高免疫系統(tǒng)等[33]。

圖3 黑水虻研究關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Fig.3 Co-occurrence network of black soldier fly research keywords

表3 黑水虻關(guān)鍵詞的頻率排名(前20)

2.4.2研究發(fā)展趨勢分析。關(guān)鍵詞突現(xiàn)詞圖有助于辨析該領(lǐng)域研究的新興領(lǐng)域及研究趨勢。藍線表示時間間隔,而紅線表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)突發(fā)的周期。圖4為前20的關(guān)鍵詞突現(xiàn)

表4 黑水虻研究關(guān)鍵詞的中心性排名(前20)Table 4 Centrality ranking of black soldier fly research keywords (top 20)

排名。從圖4可以看出,2007—2015年期間關(guān)鍵詞飼料利用、魚粉替代、生活垃圾、脂肪酸、昆蟲轉(zhuǎn)化、理化性質(zhì)、水虻科突發(fā)性較高,說明這期間研究熱點為黑水虻的生物學(xué)特性和在垃圾處理方面的應(yīng)用以及從黑水虻中提取的附加物質(zhì)的利用[34]。2012—2018年期間關(guān)鍵詞抑菌活性、誘導(dǎo)、生物處理、脅迫、發(fā)育等突發(fā)性較高,說明這期間研究熱點是研究黑水虻飼養(yǎng)的適應(yīng)特性和在一些廢物處理當中的應(yīng)用[35-36]。2019—2021年期間關(guān)鍵詞生長、營養(yǎng)價值、應(yīng)用、重金屬突發(fā)性較高,說明這期間研究熱點在于評估黑水虻的各項營養(yǎng)價值和利用黑水虻轉(zhuǎn)化重金屬污染等[37-39]。

圖4 黑水虻研究關(guān)鍵詞的突現(xiàn)分析(前20)Fig.4 Emergence analysis of black soldier fly research keywords (top 20)

關(guān)鍵詞熱點時區(qū)遷移圖可以直觀地展示不同時期研究主題的變化。圖5的每個圓圈代表1個聚類關(guān)鍵詞,該關(guān)鍵詞是在分析的數(shù)據(jù)集中首次出現(xiàn)的年份,關(guān)鍵詞一旦出現(xiàn),將固定在首次出現(xiàn)的年份,盡管之后的研究里仍會出現(xiàn)該關(guān)鍵詞,但圖中將不再顯示,只會在剛出現(xiàn)的年份顯示。當某一時間區(qū)內(nèi)的某一聚類分析法關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率越高,其時間最初圓圈也越大,則表示該聚類分析法研究內(nèi)容多;當持續(xù)時間越長,其時間軸也相應(yīng)更長,則代表該聚類分析法研究內(nèi)容更趨于完善。

熱點時區(qū)遷移圖反映了該領(lǐng)域的研究概況和發(fā)展趨勢。圖5顯示了時間跨度2007—2021年期間的研究熱點變化。2007年左右主要研究黑水虻的生物學(xué)特性和它本身所帶來的附加價值以及在畜禽糞便處理中的應(yīng)用[40]。2016年左右研究黑水虻的生產(chǎn)性能和在處理廚余垃圾方面的應(yīng)用[36]。2020年左右開始研究黑水虻在堆肥和各類基質(zhì)中轉(zhuǎn)化率的問題[41-42]。預(yù)測在未來可能更多關(guān)注黑水虻在重金屬污染、廚余垃圾等的轉(zhuǎn)化問題[43-44]。

3 結(jié)論

以中國知網(wǎng)中2007—2021年期間收錄有關(guān)黑水虻相關(guān)的文獻為研究對象,通過CiteSpace對文獻作者、機構(gòu)和關(guān)鍵詞等進行知識圖譜可視化,揭示國內(nèi)黑水虻的研究熱點和預(yù)測其發(fā)展趨勢,最終得出了以下結(jié)論:

(1)通過對黑水虻相關(guān)研究發(fā)文量進行統(tǒng)計,2016年之前發(fā)文量較少,之后逐漸上升,總體呈上升趨勢,我國黑水虻相關(guān)研究正處于發(fā)展階段,有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

(2)黑水虻作者群體呈小聚落散在分布,偶有組間合作。研究者多以小組合作為主,不同團隊之間聯(lián)系較弱,缺乏廣泛的交流聯(lián)系。黃燕華、王國霞團隊,胡文鋒團隊影響力較強,且和夏嬙、喻國輝團隊為核心作者群。

(3)黑水虻研究機構(gòu)以各大高校為主要研究單位。上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院和浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院為發(fā)表相關(guān)文獻最多的機構(gòu),在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,影響力較強。

(4)2015年前主要研究黑水虻的生物學(xué)特性、在畜禽糞便、廚余垃圾等的應(yīng)用和從黑水虻中提取的物質(zhì)加以利用。2016年左右主要研究黑水虻生長性能和在垃圾處理方面的應(yīng)用。利用黑水虻堆肥和轉(zhuǎn)化重金屬是這幾年研究的主要發(fā)展趨勢。

圖5 黑水虻研究關(guān)鍵詞的熱點時區(qū)遷移Fig.5 Hotspot time zone migration of black soldier fly research keywords

4 結(jié)語

黑水虻具有資源豐富、分布廣泛、吸收轉(zhuǎn)化率高、活體活性成分含量高、容易飼養(yǎng)等特點,成為一種開發(fā)利用量大、可利用性廣的生物資源。該研究進行CNKI的黑水虻相關(guān)文獻分析,揭示了黑水虻各階段的研究熱點以及發(fā)展趨勢。文獻計量分析結(jié)果與實際研究情況可能存在一些差異,需要增加研究的時間跨度和文獻數(shù)量來使結(jié)果更準確。建議各學(xué)者、各機構(gòu)之間加強合作交流,不同科研團隊之間相互學(xué)習(xí)、共同進步。關(guān)于黑水虻的應(yīng)用開發(fā)還有很大的空間,如功能性物質(zhì)的提取、黑水虻的養(yǎng)殖體系的優(yōu)化以及對環(huán)境中重金屬污染的轉(zhuǎn)化等產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。而且黑水虻在處理畜禽排泄物、廚余垃圾等方面的研究還需進一步研究,需要更多的學(xué)者參與到該領(lǐng)域進行探討。